Generador de Emergencia

TMAG 4005 - 11 de mayo de 2014
Proyecto del Curso
Introducción
El estudio del uso de la electricidad no está completo sin una mirada a las plantas generadoras de
emergencia. Esta planta puede ser lo que se denomina de carga completa o de carga parcial.

Carga completa – Estas son las que tienen algunas empresas que encienden
automáticamente cuando falla el sistema principal (en otras palabras, “cuando se va la
luz”). Estos sistemas tienen un controlador que detecta cuando falla el sistema principal
y enciende y transfiere la carga al generador de emergencia. En estos sistemas toda carga
conectada a la fuente principal se transfiere al generador, por esto se llaman de carga
completa.

Carga parcial – En estos sistemas no se transfiere toda la carga al generador de
emergencia, sino que sólo se transfiere parte de ella. Típicamente, requieren la
interacción de alguien que encienda la planta y vaya transfiriendo la carga de forma
secuencial, dando oportunidad a que la planta estabilice antes de transferir la próxima
carga.
Para determinar la capacidad que requiere una planta de carga completa, tenemos que
contabilizar la potencia de arranque de todas las cargas que están conectadas al sistema. Para
muchas cargas, la potencia de arranque es la misma que la nominal (o de diseño), es decir, la que
aparece en la placa del equipo. Esto no es así para cargas que tienen motores.
Como sabemos, cuando un motor arranca, necesitamos más corriente, por tanto, más potencia.
Estimados de esta potencia de arranque la podemos obtener de tablas de acuerdo a los caballos
de fuerza del motor.
Luego de hacer el listado de la potencia de arranque de las cargas, sumamos todo y añadimos un
10 a 20% de capacidad para crecimiento futuro. Este total aumentado lo utilizamos como base
para determinar el generador que nos funcione de los disponibles en el mercado.
A modo de ejemplo, digamos que la suma de todas las cargas el 25kW. Luego de añadir un 15%
de capacidad adicional tenemos un total aumentado de (25kW*1.15) 28.8kW. Esta sería la
capacidad mínima estimada que debería tener la planta.
Definición
La planta generadora de emergencia de carga parcial, como el nombre sugiere, es una planta
generadora de energía eléctrica para usar en caso de emergencia. Al igual que con el generador
de carga completa, no se recomienda su uso por períodos extensos debido su alto costo de
operación y mantenimiento (relativo a usar energía de la AEE) y su nivel de contaminación de
ruido. Recuerde, se le llama de carga parcial porque no se pretende que tenga la capacidad para
operar todos los equipos de la localidad, sino parte de ellos.
Procedimiento de estimación de capacidad
1. Identificar las cargas críticas. - Cargas críticas son aquellos equipos que es imperativo
mantener en funcionamiento aún si la Autoridad deja de suplir energía. Ejemplo: el
refrigerador
2. Preparar una tabla que incluya todas las cargas críticas con su potencia de arranque y de
carga completa. - Recuerden que la potencia de arranque es para maquinaria que incluye
motores ya que estos requieren una gran cantidad de corriente para poder comenzar el
movimiento.
3. Determinar la secuencia de encendido. - La planta va a ser de carga parcial. La pregunta
es, ¿cuánta es la mínima capacidad que necesito para operar las cargas críticas? Para
hallar esta capacidad mínima, como veremos mas adelante, necesitamos determinar una
secuencia para encender las cargas. Esto es, las cargas no se encienden todas a la vez
como en el generador de carga completa. Lo que haremos en vez, es encender una carga
a la vez y esperar que llegue a estabilidad antes de encender la siguiente. De esta manera
buscaremos que la planta pueda absorber los picos de demanda de potencia durante el
arranque de los equipos. Para esto, lo que haremos será encender los equipos en orden
descendente de potencia de arranque.
4. Hacer el análisis de carga incremental y determinar el pico máximo de demanda.
5. Aumentar el pico máximo del paso anterior por 10 a 15% para añadir un poco de
capacidad adicional para imprevistos o futuras expansiones. Esto nos da la capacidad
mínima requerida de la planta.
Ejemplo
Las cargas de cierta finca están listadas en la tabla a continuación. Se desea determinar la
capacidad que debe tener un generador de carga parcial.
Equipo
Potencia de arranque (W) Potencia de Carga Completa (W)
1
Abanico #1, /6 hp
1,000
215
Abanico #2, 1/6 hp
1,000
215
Abanico #3, ¼ hp
1,500
300
Abanico #4, 1/3 hp
2,000
400
Calefacción, ¼ hp
1,500
300
Calentador de oficina
1,466
Calentador de agua
3,000
Refrigerador, ¼ hp
1,500
300
Lámparas de calor
2,500
Iluminación
2,510
1. Identificar cargas críticas
Equipo
¿Crítica?
Abanico #1, 1/6 hp
Abanico #2, 1/6 hp
Abanico #3, ¼ hp
Abanico #4, 1/3 hp
Calefacción, ¼ hp
Calentador de oficina
Calentador de agua
Refrigerador, ¼ hp
Lámparas de calor
Sí
Sí
No
No
Sí
No
No
Sí
Sí
Parte
(solo 600W)
Iluminación
Potencia de arranque
(W)
1,000
1,000
1,500
2,000
1,500
1,500
Potencia de Carga
Completa (W)
215
215
300
400
300
1,466
3,000
300
2,500
2,510
2. Preparar tabla
Potencia de
arranque (W)
Equipo
Abanico #1, 1/6 hp
Abanico #2, 1/6 hp
Calefacción, ¼ hp
Refrigerador, ¼ hp
Lámparas de calor
Iluminación
1,000
1,000
1,500
1,500
Potencia de
Carga
Completa (W)
215
215
300
300
2,500
600
3. Secuencia de encendido
Equipo
Abanico #1, 1/6 hp
Abanico #2, 1/6 hp
Calefacción, ¼ hp
Refrigerador, ¼ hp
Lámparas de calor
Iluminación
Potencia de
arranque (W)
1,000
1,000
1,500
1,500
Potencia de
Carga
Completa (W)
215
215
300
300
2,500
600
Secuencia de
Encendido
3
4
1
2
5
6
4. Análisis de carga incremental
Equipo
Secuencia
de
encendido
Potencia de
arranque
(W)
Potencia de
Carga
Completa (W)
Carga de
arranque
acumulada (W)
Carga completa
acumulada (W)
Calefacción, ¼
hp
1
1,500
300
1,500
300
Refrigerador,
¼ hp
300 + 1,500
300 + 300
2
1,500
300
= 1,800
600 + 1,000
= 1,600
815 + 1,000
= 1,815
= 600
600 + 215
= 815
815 + 215
= 1,030
1,030 + 2,500
= 3,530
3,530 + 600
= 4,130
Abanico #1, 1/6
hp
Abanico #2, 1/6
hp
Lámparas de
calor
Iluminación
3
1,000
215
4
1,000
215
5
2,500
6
600
El valor máximo de potencia según el análisis es 4,130W. Nótese que, aunque pueda parecer
que es lo mismo que sumar las potencias de carga completa de todas las cargas, no siempre
será así. En este caso en particular es así debido a que las lámparas de calor añaden mucha
carga. Sin embargo, si esta carga no estuviera, y solo tuviésemos los motores con los 600 W
de iluminación, el resultado sería según la tabla a continuación.
Equipo
Calefacción,
¼ hp
Refrigerador,
¼ hp
Abanico #1,
1
/6 hp
Abanico #2,
1
/6 hp
Iluminación
Secuencia de
encendido
Potencia de Potencia de Carga Carga de arranque Carga completa
arranque (W)
Completa (W)
acumulada (W) acumulada (W)
1
1,500
300
2
1,500
300
3
1,000
215
4
1,000
215
5
600
1,500
300
300 + 1,500
= 1,800
600 + 1,000
= 1,600
815 + 1,000
= 1,815
300 + 300
= 600
600 + 215
= 815
815 + 215
= 1,030
1,030 + 600
= 1,630
En este caso, la demanda máxima es 1,815W lo cual es mayor que la simple suma de todas
las cargas estables (1,630W).
5. Proveer capacidad para crecimiento
Asumiendo una capacidad de crecimiento de 10%, la capacidad resultante de la planta de
carga parcial debe ser de aproximadamente (4,130 * 1.10 = 4,543W) 4.5KW.